Nobel Y học 2017: Chúng ta đều là nô lệ của mặt trời!

~~Giải thưởng Nobel về Y Sinh học năm 2017 được đồng trao cho 3 nhà khoa học Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash và Michael W. Young vì những khám phá của họ về cơ chế phân tử kiểm soát nhịp sinh học ­ hay còn gọi là đồng hồ sinh học.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ba nhà khoa học Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash và Michael W. Young đồng đạt giải Nobel Y học 2017.

Họ không hẳn là những người đầu tiên khám phá ra sự hiện hữu của nhịp sinh học. Tuy nhiên, sự khám phá ra “gene kiểm soát nhịp sinh học” của họ có ý nghĩa đến việc quản lý bệnh tật và giúp chúng ta hiểu rõ hơn về khả năng thích ứng của con người với môi trường xung quanh.

Khái niệm “nhịp sinh học” cũng không phải là mới.

Đã từ lâu, qua quan sát thực tế, chúng ta biết rằng sự phát triển và sinh tồn của tất cả các sinh vật, động và thực vật đều chịu sự ảnh hưởng của môi trường chung quanh, và mức độ ảnh hưởng lại dao động theo thời gian trong ngày và mang tính chu kỳ. Từ đó phát sinh ra khái niệm "Nhịp sinh học – biorythmes”, "Thời sinh học ­ Chronobiology", “Thời trị liệu – chronotherapy”
 

1
 

Nhịp sinh học là gì?

"Nhịp sinh học – biorythmes” là khoảng thời gian trải dài từ một dạng biến đổi đặc thù của mỗi hoạt động cơ thể (gọi là đỉnh điểm trước) đến khi trở lại dạng đúng như thế (đỉnh điểm sau) và cứ như vậy lặp đi lặp lại mãi dưới dạng chu kỳ. Có nhịp sinh học rất ngắn trong vòng 30 phút, có nhịp sinh học trong khoảng 24 giờ, có nhịp sinh học tháng (ví dụ kinh nguyệt), nhịp sinh học năm... Nhiều nghiên cứu y học đã xác nhận tất cả các hiện tượng sinh học trong cơ thể con người như tiết hormon, thân nhiệt, chu kỳ thức ngủ, tái tạo tế bào đều thay đổi đều đặn theo những chu kỳ định sẵn do chính cơ thể quyết định theo nhịp sinh học. Nhịp sinh học là lời đáp lại của tiến hóa với chu trình tuần hoàn ngày ­ đêm trên Trái Đất.

Tiến sĩ Benjamin L Smarr: “Giống như bất cứ điều gì trong vũ trụ, cuộc sống của muôn loài cũng có thể bất ổn định. Vậy nên, nếu sự sống trên Trái Đất cần dựa vào một điều gì, thì thứ đáng tin cậy nhất chính là chu trình mọc rồi lặn của Mặt Trời mỗi ngày”.

Nếu đoán trước được những thay đổi sẽ diễn ra trong tương lai, người ta có thể chuẩn bị sẵn sàng để đối phó với nó:

Đối với con người, điều này là hiển nhiên: Đi làm vào sáng sớm trước khi mặt trời lên cao sẽ giúp ta ít bị cháy nắng hơn. Nhưng đối với một sinh vật đơn bào, đoán được điều này có ý nghĩa sống còn khi nó sẽ tránh được nguy cơ bị giết chết bởi nhiệt và tia cực tím (UV).

Đối với thực vật, nắm được chu kỳ ngày đêm sẽ giúp quang hợp hiệu quả hơn, còn đối với các loài thú, đó là cách chúng đoán được khi nào là lúc kẻ thù hoặc con mồi của mình xuất hiện.

Một trong những thách thức với sinh vật đa bào to lớn như chúng ta, đó là phải đảm bảo tất cả những “chiếc đồng hồ” trong từng tế bào, trừng bộ phận của cơ thể chạy đồng bộ. Sự phối hợp này cho phép tuyến yên của phụ nữ và buồng trứng kết hợp được với nhau khi kích thích rụng trứng; tuyến tụy, ruột, và vùng dưới đồi kết nối khi tạo ra phản ứng đói giúp chúng ta sẵn sàng tiêu hóa; giấc ngủ được đặt giờ khi cơ thể của chúng ta sẵn sàng giảm nhiệt độ cho phép mọi thứ hồi phục, cũng như khi bộ não của chúng ta được giải phóng nhiều dung lượng nhất để bảo trì hoặc hình thành ký ức.

Các ứng dụng về nhịp sinh học có rất nhiều, trong đó cụ thể nhất là việc phòng tránh tai nạn lao động. Một nghiên cứu của tiến sĩ Toán – Lý người Nga Serik Mazhkenov tiến hành tại một công ty thăm dò dầu khí cho thấy 70% số vụ tai nạn lao động xảy ra với nhân công trùng với những ngày mà nhịp sinh học
 

2
 
chính của những người đó tiệm cận với mức 0. Và từ đó đưa ra phương hướng giải quyết để giảm tới 29% vụ tai nạn thường gặp.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sơ đồ cho thấy nhịp sinh học trong ngày của con người (tham khảo).

 

 

Đồng hồ sinh học là một trong những yếu tố chính quyết định sự sống trên Trái đất, nó cũng tạo ra sự quay vòng của hành tinh cũng như sự thay đổi của các tế bào trong cơ thể trải qua hàng triệu năm tiến hóa.

Đồng hồ sinh học là cá biệt theo từng người, nghĩa là không ai giống ai. Các nhà nghiên cứu y tế sẽ tìm ra được các mô hình để dự đoán ung thư, thời điểm phẫu thuật tối ưu cho từng BN; phát hiện thời điểm có thai và dự đoán kết quả thai kỳ, theo dõi khả năng sinh sản, giấc ngủ, căng thẳng và khả năng học tập cho từng cá thể. Người ta cũng có thể tiên đoán các đợt nhiễm khuẩn BV ở các cơ sở y tế, xác định những người có nguy cơ mắc bệnh Alzheimer và giúp họ ngăn chặn nó bằng cách thay đổi nhịp sinh học của họ. Tiên đoán y tế, dựa trên phân tích nhịp sinh học, sẽ rẻ hơn, chính xác hơn và mang tính cá thể hóa hơn bao giờ hết.

­ Thời sinh học là gì?

Thuật ngữ "Thời sinh học ­ Chronobiology" có xuất xứ gồm những từ nguyên
 

3
 
Hy Lạp: "chronos" có nghĩa là thời gian, "bio" là sống và "logos" là khoa học. Như vậy nó là ngành khoa học nghiên cứu thời gian của những hoạt động sinh học, để xác lập cái được gọi là "cấu trúc sinh học theo thời gian" của các loài sinh vật kể cả con người. Đó là nghiên cứu những thay đổi sinh học tùy thuộc vào từng thời khắc, những cơ chế điều hòa, cũng như những hoàn cảnh môi trường có thể tác động, ảnh hưởng đến các thay đổi đó.

Khái niệm “Thời sinh học” đã được nghiên cứu từ lâu: Avicenna (980 – 1037) đã bàn luận về “Thời trị liệu – chronotherapy” trong quyển The Canon of Medicine (1025), Dinshah P. Ghadiali (1873–1966), một nhà khoa học Mỹ gốc Ấn đã viết quyển The Spectro Chronometry Encyclopaedia (1933) đề cập về thời sinh học.

Thời sinh học giúp nhận biết ở những thời khắc nào cơ thể sinh vật có sức đề kháng kém hay tốt. Trong thập niên 80 của thế kỷ vừa qua ở Hoa Kỳ, kết quả nghiên cứu trên hàng nghìn trường hợp bệnh đã xác nhận các triệu chứng và bệnh không biểu hiện ngẫu nhiên trong ngày cũng như trong năm, mà thường xuất hiện nhiều hơn trong một số giờ và một số mùa nhất định.

Nghiên cứu nhịp ngày đêm, người ta thấy khoảng thời gian 1 giờ đêm giấc ngủ thường không sâu, con người nhạy cảm hơn với những cơn đau; 2 giờ đêm các bộ phận cơ thể đều hoạt động ở mức thấp nhất; riêng gan đến lúc đó hoạt động tích cực để thải độc... và 9­10 giờ sáng tinh thần hưng phấn, sự nhạy cảm với những cơn đau giảm…

Khả năng lao động mạnh hay yếu của cơ thể cũng theo thời khắc: lao động yếu hơn thường vào khoảng thời gian 2­5 giờ sáng và 12­14 giờ trưa; lao động khỏe hơn vào lúc 8­12 giờ sáng và 14­17 giờ chiều.

Nhịp sinh học theo mùa thì lông tóc người mọc chậm nhất vào tháng giêng và nhanh nhất vào tháng 9. Tim đập mạnh nhất về mùa hè và yếu nhất về mùa đông. Huyết cầu tố, thể tích hồng cầu, protein huyết tương, nồng độ clor trong máu cho các số liệu cao nhất về mùa nóng. Chuyển hóa cơ bản phản ánh hoạt động của tuyến giáp tương đối thấp về mùa rét, so với mùa xuân và mùa hè. Còn pH máu thì thấp nhất vào tháng 4 (7,37) và cao nhất vào giữa mùa hè (7,46). Như vậy là thời gian hoạt động trong ngày của một cơ quan có thể thay đổi theo giờ trong ngày và theo mùa trong năm.

Hơn bốn chục năm trước những BS Ngoại khoa chúng tôi (ở BVKH) đã chú ý thấy có những bệnh rất hiếm gặp, nhưng khi đã có một BN thì trong vòng ít lâu sau đó (1­2 tuần) lại có thêm BN tương tự. Có lần chúng tôi gặp 3 BN liên tiếp vào khoa để mổ cấp cứu “Thoát vị lổ bịt”, một bệnh rất hiếm gặp, trong vòng 2 tuần lễ. Bốn năm sau lại gặp 1 lần 2 BN bị bệnh này vào mổ cách nhau 4 ngày.
 

4
 
Chúng tôi rất ngạc nhiên nhưng không hiểu tại sao.

Thời trị liệu là gì?

Người Trung Hoa và các thầy thuốc Đông Y, từ lâu đã biết đến khái niệm Thời trị liệu ­ chronotherapy và đã biết áp dụng vào lĩnh vực Y Học: Các thầy thuốc Đông Y cho uống thuốc vào giờ giấc được chỉ định rõ. Họ khuyên ăn, uống những thức gì vào giờ nào thì tốt. Như “Bình minh bất thực quả; Bình minh nhất trảng trà” … Tuy sự hiểu biết ấy còn mơ hồ và chỉ thuần dựa vào kinh nghiệm (xuất phát từ nền y học của họ: Y Học kinh nghiệm – Medecine empyrique).

Đông y thời xưa đã sớm ý thức thấy vai trò của thời gian, thời điểm trong việc điều trị và đề xuất ra những lý thuyết về “THỜI ĐIỀU TRỊ HỌC”. Đó là lý thuyết “TÝ NGỌ LƯU CHÚ” và “Linh quy bát pháp”. Thuật ngữ TÝ NGỌ LƯU CHÚ có hàm nghĩa là khí huyết trong cơ thể con người thịnh suy lưu động tưới rót trong toàn thân theo sự dịch chuyển của thời gian (từng giờ theo ngày, từng tháng, từng mùa theo năm…) và phép TÝ NGỌ LƯU CHÚ là phép châm cứu chọn HUYỆT theo giờ thịnh suy (mở, đóng) của khí huyết trong các đường chính kinh. (Y học cổ truyền Y Dược Huế)

Các nhà khoa học nhận thấy khả năng làm việc của cơ tim thường giảm đi 2 lần trong ngày vào lúc 13 giờ và 21 giờ. Trong khi ngủ tim đập chậm hơn, lượng máu bơm đi trong hệ tuần hoàn vì thế cũng giảm làm cho cả huyết áp động mạch lẫn tĩnh mạch đều giảm. Tần số co bóp của tim và mạch đập tụt xuống thấp nhất vào lúc gần sáng (cuối giấc ngủ) lúc đó máu tụ lại ở các buồng phổi ­ điều đó cắt nghĩa rõ các cơn ho lúc đêm gần về sáng ở những người bị viêm phổi.

Qua việc ghi nhận các dòng điện tim có thể phát hiện ra những biến đổi đặc biệt theo thời gian trong ngày ở ngay những người khỏe vì những dòng điện đi kèm mỗi lần co bóp phản ánh rất nhạy hoạt động của tim. Nếu cơ tim bị thương tổn nhất là khi bị nhồi máu, trên điện tâm đồ sẽ không còn thấy nhịp biến đổi ngày đêm nữa.

Huyết áp động mạch thường cao nhất vào 18 giờ và thấp nhất vào khoảng 8­9 giờ. Các mao mạch thường giãn nở tối đa vào 18 giờ và co lại nhiều nhất vào 2 giờ sáng. Máu có nhiều huyết tố cầu nhất là khoảng 11­13 giờ, và ít hơn cả là vào 16­18 giờ.

Còn nhãn áp thì tăng buổi sáng, giảm vào buổi chiều. Tiểu tiện thì nhiều về ban ngày, ít về ban đêm; nhưng ở một số bệnh thì quy luật này bị đảo lộn ­ bài tiết nước tiểu cực đại lại về đêm.
 

5
 

Trong tương lai gần “thời sinh học” sẽ tham gia vào công nghiệp dược phẩm: Giả sử, một loại thuốc được phát hiện có độc tính cao nhất tại một thời điểm nhất định trong ngày, nhưng lại cho hiệu quả tối đa vào một thời điểm khác, thì việc định liều điều trị và thời điểm dùng thuốc có thể giúp BN chỉ phải sử dụng một lượng thuốc nhỏ hơn, nhưng cho hiệu quả cao hơn và ít phản ứng phụ hơn, nhất là trong lĩnh vực điều trị ung thư và rối loạn giấc ngủ.

Con ruồi giấm dẫn đường:

Năm 1971, giáo sư Seymour Benzer và nghiên cứu sinh của ông là Ronald Konopka (Viện công nghệ California, CalTech) lần đầu tiên phát hiện 3 “mutant” (tác nhân gây đột biến gen) liên quan đến nhịp sinh học.

Đây là nghiên cứu rất quan trọng, có thể nói là quan trọng nhất trong chuyên ngành vì nó mở ra một lối đi cho chuyên ngành thời sinh học. Nhưng giáo sư Benzer qua đời vào năm 2007 và Ronald Konopka qua đời vào năm 2015, mà giải Nobel thì không trao cho người quá cố.

Tiếp theo công trình đó, từ đầu thập niên 1980, khi nghiên cứu trên ruồi giấm, giáo sư Jeffrey C. Hall và Michael Rosbash (Đại học Brandeis) – hai trong ba GS đoạt giải Nobel Y Sinh học năm 2017 ­ phát hiện một gene mới kiểm soát nhịp sinh học. Họ còn phát hiện một proteine do gene này sinh ra (sản phẩm sinh học của gene) tăng vào lúc ban đêm, suy giảm vào lúc ban ngày, và chu kỳ này lặp lại suốt đời. Họ đặt tên cho protein này PER (viết tắt của “period” có nghĩa là thời kỳ). Năm 1994, giáo sư Young (ĐH Rockefeller)

– người thứ ba trong nhóm ­ gọi gene này là “timeless” (vô tận) và ông gọi proteine này là TIM.

Đây là những khám phá mang tính cách mạng trong ngành sinh học.

Về mặt phương pháp học, giới khoa học đánh giá cách tiếp cận của nhóm nghiên cứu này là rất cơ bản vì qua đó chúng ta hiểu hơn về chúng ta. Để ghi nhận đóng góp quan trọng này, hội đồng giải Nobel quyết định trao giải Nobel y sinh học năm 2017 cho ba người: Hall, Rosbash và Young. Họ chia nhau giải thưởng gần 1 triệu USD.

Nobel Y Sinh học năm nay (2017) vinh danh 3 tác giả đã xác định các genes mà khi biển đổi làm thay đổi nhịp sinh học. Với sự phân lập các genes di truyền, họ đã xác định được các thành phần sinh học của các genes, RNA và protein do chúng sinh ra, đồng thời mô tả các quy tắc vận hành của đồng hồ sinh học.

Trong tương lai gần các nhà khoa học sẽ tìm ra thời điểm trong ngày mà một loại thuốc có tác dụng điều trị tốt hơn hoặc ít độc hơn cho BN so với thời điẻm khác, chẳng hạn như Thuốc hạ HA, thuốc điều trị Tiểu đường.., nên uống vào giờ nào, thậm chí tiêm chủng nên thực hiện vào tháng, ngày nào trong năm để cho kết quả tốt nhất v.v…

Những khám phá của họ còn giải thích làm thế nào thực vật, động vật trong đó có con người thích ứng với nhịp sinh học cũng như đồng bộ nó với chuyển động tự quay của Trái Đất.

Trong lĩnh vực Y Học, những khám phá này mở ra một chân trời mới cho thời kỳ “Y Học Chính Xác – Precision Medecine”

BS Nguyễn Ngọc Hiền (tổng hợp)